國產CBTC系統的應用研究

張兵兵

*北京城建設計研究總院 助理工程師，100037 北京

面對密度、速度以及大客流的快速增長而帶來的壓力，基于通信的列車控制技術 (CBTC)無疑成為提高北京地鐵線路運營效率的最佳措施。為了擺脫長期依賴國外進口技術的局面，我國國內信號廠商緊密跟蹤國際技術發展及用戶需求，走自主創新研發道路，經過艱苦努力和技術攻關，探索研制出了具有獨立知識產權的、先進的軌道運行控制系統。現將幾家國產CBTC系統的結構及特點做一簡單介紹。

1 MTC-Ⅰ型CBTC列車控制系統

MTC-Ⅰ型CBTC系統是中國鐵道科學研究院和廣州市地下鐵道總公司聯合開發研制的，主要由以下6個子系統組成:①由中心和車站本地控制設備組成的FZy型ATS子系統;②TYJL-Ⅲ型二乘二取二安全冗余結構的計算機聯鎖子系統，包括計軸設備和國產歐標應答器設備;③基于CPCI工業計算機平臺開發的ATO列車自動運行子系統;④包括二乘二取二冗余架構的車載VOBC和軌旁ZC設備組成的ATP列車控制子系統;⑤基于SDH同步數字系列骨干通信網和802.11g車-地無線通信網構建的DCS子系統;⑥進行系統設備維修信息收集、管理的TJWX型微機監測子系統。

該系統技術特征:①在已有ATS、聯鎖、系統集成、系統聯調等技術資源基礎上，繼承、開發、集成、創新相結合，完全自主研發的完整的CBTC系統;②最大限度地采用統一的安全計算機平臺，減少硬件板卡種類，提高系統通用化水平，降低維護成本;③提供包括連續級、點式級、聯鎖級在內的不同運行等級以及多樣化的駕駛模式，支持不同類型和編組列車混跑運行;④具備點式等級下ATO駕駛模式和站臺屏蔽門聯控功能。

MTC-Ⅰ型CBTC系統已在廣州地鐵進行了全面的現場試驗，并且研發同步由英國勞氏鐵路進行了安全認證，所有安全設備都達到了SIL4。下一步將依托廣州地鐵實際工程，實現工程化應用。

2 LCF-300型CBTC系統

LCF-300型CBTC系統是北京交控科技有限公司依托北京交通大學、軌道交通控制與安全國家重點實驗室、軌道交通運行控制國家工程研究中心自主創新研發的，主要組成為:①ATP/ATO軌旁子系統ZC;②ATP/ATO車載子系統VOBC;③數據通信系統DCS;④其他廠商配套的ATS系統和計算機聯鎖系統。

這是一個基于無線的移動閉塞系統，主要特點:①實現了工程化的拼圖式產品體系，且軌旁設備少、設備體積小、價格低;②根據列車自主定位，通過計算后續列車的位置，給出最佳制動曲線，切實提高了區間的通過能力;③通過與車輛的配合，實現了開門狀態下的折返，節省了折返換端時間，提高了系統的折返能力;④完整的駕駛臺MMI和完備的數據記錄故障診斷功能。

該系統已于2010年5月底獲得了由英國勞氏總部批準頒發的一般產品安全證書，其主要安全功能滿足SIL4要求。LCF-300型CBTC系統已應用于北京地鐵亦莊線和昌平線，亦莊線在2011年已開通CBTC級運行。

3 FZL300型CBTC系統

FZL300型CBTC系統是北京全路通信信號研究設計院在基于數字軌道電路列控系統FZL100型的基礎上，升級而成的新一代CBTC系統。主要組成為:①基于通號集團國產的中心和車站ATS子系統;②基于通號集團國產的DS6-60型計算機聯鎖子系統;③軌旁ATP/ATO設備，采用的是通號集團國產的DS6-60型區域控制器設備、LEU和應答器設備以及車-地通信環線設備;④基于通號集團國產的FZL.Z20型車載ATP/ATO設備;⑤數據通信子系統，有線通信網絡采用基于標準協議的SDH骨干傳輸設備和高端的交換設備，無線通信網絡采用基于WLAN協議的無線接入設備。

該系統特點:①能夠提供包括 ATS、聯鎖、ATP、ATO、無線及監測設備在內的系統解決方案，且該系統還具有較高的自動化水平，可實現自動運行、時刻表、自動調整、自動進路等功能;②由于加裝了TWC環線，系統的點式后備模式可實現3 min的列車追蹤間隔要求，提高了運行效率;③支持不同類型、不同控制等級的列車混運，系統可自動識別上述列車，并自動提供相應的間隔防護;④ATS可實現中心及本地兩級控制，在ATS完全故障的情況下，可自動轉換至聯鎖設備控制，對行車調度具有很高的可用性。

FZL300型CBTC部分子系統已通過了歐標SIL4級認證，還有一些子系統將相繼通過勞氏安全認證。該系統的各個子系統平臺在伊朗地鐵，唐山中低速磁浮試驗線，長春輕軌3、4號線等工程中均有應用。

4 iCBTC系統

iCBTC系統是卡斯柯信號有限公司通過引進國外技術，經消化吸收再自主創新研發，且日趨成熟的基于車-地雙向無線通信的移動閉塞控制系統。該系統主要由:區域控制器/線路中心單元ZC/LC;數據存儲單元DSU;聯鎖CI;中心及車站ATS;車載控制器CC;LEU等軌旁設備構成。

該系統的特點為:①后車的地址終端 (EOA)可以是前車的尾部，不用劃分虛擬區段，真正實現了移動閉塞;②只需要2條網線即可實現車載設備首尾熱備，簡化了接口與維護成本;③其ATS系統在國內地鐵已廣泛應用，且與各個廠家進行過接口，擁有更貼近用戶習慣的操作界面;④適用空間波和波導等多種方式的車-地通信方式，并支持這2種方式在同一線路上的混合配置。

該系統不計劃進行點式的安全認證，其研發設計是將點式與CBTC融合，統一進行安全認證。目前該公司正在與上海申通地鐵公司合作，在上海10號線開展工程化應用。

5 實際應用中一些需要注意的問題

1．車載冗余控制的轉換問題。有的車載設備及網絡首尾互為冗余，有的不冗余，只是單端采用二乘二取二或三取二結構的車載ATP冗余設備。當車載設備采用首尾互為冗余時，其車載冗余轉換的同步問題不得影響系統的正常工作。

2．前后車運行聯動的問題。目前系統雖然支持不同控制級別列車的混跑，但當CBTC級別的列車追蹤點式列車，或點式列車追蹤CBTC列車時，其前車車載設備在不同的故障情況下、前車在不同控制級、不同駕駛模式下運行對后車運行的影響，以及前后車追蹤間隔的設置等，都是必須要解決的問題。

3．闖紅燈防護的問題。在點式級別下，由于沒有連續的車-地通信，而應答器的作用范圍有限，司機很難做到對列車的誤啟動保護，有些廠商(如交控科技)采用作用范圍為4～5 m的環線應答器，可對列車誤啟動起到有效防護。建議將此方式作為解決闖紅燈防護這一問題的標準來參考。

4．車-地無線傳輸及同站臺換乘車站無線干擾的問題。車-地之間的無線傳輸對信號傳輸質量穩定性的影響，以及現場不同系統的復雜信號干擾對線路開通調試帶來的困難，甚至在運營階段由于通信不穩定而導致的列車緊急制動等問題，在系統的研發設計階段應盡早引起注意。

5．CBTC系統互聯互通的問題。CBTC系統的互聯互通是未來城市軌道交通網絡化建設和運營管理的要求，各方合作推進編制一套適合我國的CBTC系統互聯互通技術規范，實現不同廠商地面設備與車載設備間的互聯互通，將更有助于CBTC國產化的發展。

6 結束語

我國軌道交通已步入“黃金發展時期”，為擺脫國外的技術壟斷，提升我國城市軌道交通信號技術國產化水平，攜手國內合作伙伴打造國產先進、安全、可靠、完整的城市軌道交通信號系統，對降低城市軌道交通的建設投資和運營成本，推動我國城市軌道交通事業的健康發展，具有重大意義。

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